Cum funcționează modelarea metalelor auto

Fierarii au turnat metalul în obiecte utile de mii de ani. Vezi imagini cu scule electrice. © iStockphoto.com/Stacey Bates

Profesia de fierar se întoarce în urmă cu multe mii de ani. În vremuri străvechi, fierarul arunca metalul în obiecte utile cu un ciocan, încălzind deseori metalul mai întâi într-o forjă. (Cuvântul „Smith” provine de la aceeași rădăcină ca „șmecher”, așa că un fierărie era cineva al cărui loc de muncă era să bată metalul înnegrit într-un foc.)

Fierarii sunt relativ rare astăzi - deși există în continuare și folosesc instrumente mult mai moderne decât cele folosite în timpuri străvechi. Lucrarea de a prelucra metalul în obiecte utilizabile este acum îndeplinită în mare parte de mașină. Nicăieri această artă a formării metalelor nu este mai importantă decât în ​​industria de fabricație a automobilelor, unde fiecare parte metalică de la corpul mașinii până la cea mai mică piuliță a roții este creată prin procedee industriale de formare a metalelor. Aceste procese există în vârful producției moderne, unde calculatoarele îndeplinesc utilajele mecanice și hidraulice ale fabricii auto.

Formarea metalelor auto este unul dintre cele mai importante aspecte ale fabricației auto. Dacă nu era posibil să lucrezi metalul în forme utile, mașinile nu ar putea exista. Și capacitatea mașinilor - deseori controlate de computere - de a descoperi rapid și în mod sigur piesele auto este unul dintre lucrurile care fac posibilă achiziționarea unei mașini cu ceva mai puțin decât ar costa achiziționarea unei case.

Dar cum funcționează formarea metalelor? Este ușor de înțeles cum un fierărie modern poate modela metalul cu un ciocan de putere și o lanternă cu oxi-acetilenă, dar cum poate o mașină să facă aceste lucruri? În următoarele pagini, vom discuta modul în care acest proces de formare a metalelor poate fi mecanizat și realizat pe o bază industrială la scară largă. Vom analiza câteva tehnici și procese specifice care sunt utilizate în fabricația auto. De asemenea, vom analiza viitorul și vom vedea cum tehnologiile de formare a metalelor dezvoltate astăzi ne vor ajuta să construim mașinile de mâine.

Unul dintre cele mai importante lucruri despre metal este că acesta poate suferi deformare plastica. Asta nu înseamnă că metalul este confecționat din plastic, dar poate face unul dintre lucrurile pe care plasticele le pot: literalmente poate lua aproape orice formă pe care ne putem imagina.

Procesul de deformare începe cu a gol, o cantitate de metal într-o formă de bază care va suferi modificarea formei. Golul devine piesa de prelucrat -- bucata de metal care urmează să fie redimensionată - în procesul de formare a metalului. Pentru formarea metalelor auto, semifabricatul este adesea realizat din tablă, care poate fi ștanțată, tăiată sau îndoită într-o formă necesară pentru corpul unui automobil. Alternativ, poate fi un bloc solid de metal într-o formă cubică sau sub formă de lentilă. Iată câteva modalități prin care o piesă de metal poate fi deformată în timpul procesului de fabricație auto:

Îndoire: La îndoire, se aplică forță pe o piesă de prelucrat din tablă pentru a produce o curbură a suprafeței. Îndoirea este utilizată în general pentru a produce suprafețe curbe simple, mai degrabă decât cele complexe. O presă acționată mecanic conduce un pumn împotriva tablelor, forțându-l într-o matriță simplă, cu suficientă presiune pentru a produce o schimbare permanentă a formei metalului. Cantitatea de presiune este importantă. Dacă nu se aplică suficientă presiune, metalul poate pur și simplu să revină în forma sa inițială. Dacă se aplică prea mult, se poate rupe.

Desen: În desen, tablă este forțată împotriva unei matrițe care a fost tăiată în forma tridimensională, adesea curbată, pe care trebuie să o ia tablă. De fapt, matrița este folosită ca matriță pentru metal. Această tehnică poate produce forme relativ complexe. Încă o dată, se aplică presiune pe piesa de lucru folosind un pumn acționat hidraulic sau mecanic. Există o serie de pericole implicate, nu atât pentru oameni (deoarece procesul este în mare măsură mecanizat), ci pentru metalul în sine. Se poate crăpa de la prea multă presiune sau se poate ridifica din interacțiunea sa cu matrița. Lubrifiantul poate fi folosit pentru a face glisarea metalului mai lin împotriva matriței, evitând posibilitatea de a se ridifica. În mod alternativ, marginile încrețite pot fi tăiate din metal într-o operație separată. Această metodă este folosită în mod obișnuit pentru confecționarea pieselor caroseriei auto și a rezervoarelor de combustibil.

Stamping: În ștanțare, un dispozitiv numit presă de ștanțare este utilizat cu o serie de matrițe pentru a tăia și a forma metalul în diferite forme. Acest lucru este utilizat în mod obișnuit pentru fabricarea de piese auto, cum ar fi hub-uri și aparate.

extrudare: Extruzia poate fi folosită pentru a produce obiecte metalice lungi, cum ar fi tije și tuburi. Piesa de prelucrat din metal este forțată într-o matriță cu o gaură în capătul opus. Metalul este extrudat prin orificiu pentru a forma forma. Extruzia poate fi utilizată pentru fabricarea unor părți importante ale trenului de antrenare a mașinii sau a ancorelor care țin centurile de siguranță pe locul lor.

Forjare: Procesul de forjare folosește un ciocan sau presă care este în esență o versiune mecanizată a ciocanelor folosite de fierarii antici. Metalul este ciocanit pe o suprafață care servește ca o nicovală. Poate fi ciocanit în mod repetat, astfel încât să formeze forme complexe. Aceasta poate fi folosită ca o alternativă la procesul de desen.

Procedeele de mai sus sunt utilizate în general cu metal rece. Metalul fierbinte poate fi, de asemenea, utilizat, uneori la temperaturi suficient de ridicate încât metalul topit poate fi turnat într-o matriță. Aceasta necesită matrițe foarte scumpe, care pot rezista la căldură și trebuie realizate rapid, pentru a reduce expunerea matriței la metalul topit.

În pagina următoare vom analiza modul în care tehnologiile moderne de formare a metalelor se deplasează în viitor la fabricația auto.

Muncitorii de la o fabrică auto Hyundai aliniază piese metalice presate utilizate în linia sa de asamblare a mașinilor din Beijing, China. Foto AP / Ng Han Guan

Cel mai important lucru care se va întâmpla la fabricația auto și formarea metalelor în ultima jumătate de secol este computerul. Calculatoarele sunt importante pentru formarea metalelor în două moduri:

Ei ghidează procesul. Un computer poate fi utilizat pentru a lua a doua decizii împărțite pentru a ghida operațiunile de formare a metalelor prin secvențe complexe - de exemplu, folosind un ciocan de forjare împotriva unei piese de lucru în același mod în care ar face-o un fierar vechi, dar cu forța fizică sporită a mașinilor hidraulice. . Acțiunea ciocanului poate fi programată în avans pentru a produce forme la fel de complexe precum cele create de mâinile unui artizan uman. În mod similar, calculatoarele pot controla fluxul piesei de lucru între mai multe etape din operație pentru a produce forma finisată.

Acestea simulează procesul. Un computer poate fi folosit pentru a simula forțele fizice implicate în formarea metalelor, astfel încât operațiunile de formare a metalelor noi pot fi inventate fără a fi nevoie să folosiți utilaje scumpe pentru a experimenta idei noi. Este disponibil un software sofisticat de simulare pentru a reproduce operațiunile de formare a metalelor pe computer, astfel încât oamenii de știință pot vedea rezultatul aplicării căldurii și forței la diferite tipuri de metal. Greșelile făcute pe computer sunt mult mai puțin costisitoare decât cele făcute în lumea reală și permit tipul de încercare și eroare care ar fi o pierdere de timp pe mașini reale.

Simularea computerului deschide noi vizionări în formarea metalelor. Multe dintre noile tehnologii de formare a metalelor se bazează pe o înțelegere profundă a micro-structurii diferitelor tipuri de metal și a proceselor fizice care se desfășoară în interiorul metalului supus presiunii și căldurii. Unele dintre noile procese sunt hibrizi ai proceselor vechi. De asemenea, s-a făcut o mișcare către procedeele metalelor fierbinți, care permit utilizarea de metale care nu se pretează bine proceselor la rece.

Aceste noi tehnologii permit astfel de inovații precum utilizarea de metale mai ușoare care păstrează în continuare rezistența pieselor tradiționale auto. Acest lucru este util, să spunem, la fabricarea de vehicule cu combustibil sau vehicule electrice cu baterii în care caroseria trebuie să fie cât mai ușoară pentru a compensa greutatea considerabilă a bateriei. De asemenea, aceste tehnologii permit fabricarea pieselor auto mai puțin costisitoare, fără scăderea calității. De exemplu, tehnici de formare electromagnetică, în care piesa de prelucrare a metalului este expusă unui câmp magnetic care stabilește un flux electric în metalul propriu-zis, pot fi utilizate pentru a accelera procesul de formare fără ruperea și încrețirea rezultată care ar avea loc în mod normal. Acest lucru permite utilizarea unor procese care nu erau posibile în formarea automată a metalelor.

În anii de când Henry Ford a demonstrat fezabilitatea fabricării ieftin a liniei de asamblare a automobilelor și a pieselor auto, știința și tehnologia formării metalelor au parcurs un drum lung în a arăta industriei producției auto cum să producă mașini extraordinare fără un preț extraordinar.

Pentru mai multe informații despre formarea metalelor auto și alte subiecte conexe, urmați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• Top 10 tehnologii auto de zi cu zi care au venit din curse
• Cum funcționează Hypercars
• Cum funcționează transportul auto
• Cum funcționează calculatoarele auto
• Cum funcționează mașinile fără șofer
• Cum funcționează liniile de producție auto
• Îți poți asambla propria mașină?
• Ce face un automobil digital?
• Ce este nou în tehnologia uleiului sintetic?
• Te va repara financiar reparațiile auto în viitor?

surse

• Avitzur, Betzalel. "Formarea de metale." Metal Forming Inc. (21 ianuarie 2010) http://www.metalforming-inc.com/Publications/Papers/ref133/ref133.htm
• eFunda. „Procese de inginerie”. (21 ianuarie 2010) http://www.efunda.com/processes/processes_home/process.cfm
• Gallagher, Helen. "Ștampilarea metalelor și formarea electromagnetică: noul proces îmbunătățește formabilitatea materialului, reduce ridurile." Fabricantul. 25 oct. 2001. (21 ianuarie 2010) http://www.thefabricator.com/presstechnology/PressTechnology_Article.cfm?ID=115
• Grieve, David J. "Procesele de fabricație - 3 Formarea metalelor." 17 martie 2009. (21 ianuarie 2010) http://www.tech.plym.ac.uk/sme/mfrg315/metform1.htm
• Siegert, Klaus. "TALAT Lecture 3705: Desenarea pieselor din tablă auto." SlideShare. (21 ianuarie 2010) http://www.slideshare.net/corematerials/talat-lecture-3705-drawing-of-automotive-sheet-metal-parts